任 敏 王修山

(1.云南交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院公路學(xué)院，云南昆明 650101;2.浙江理工大學(xué)建筑工程學(xué)院，浙江杭州 310018)

0 引言

自1988年滬嘉高速公路和沈大高速公路建成通車以來，我國加大了高速公路的建設(shè)投資，高速公路得到了極為快速的發(fā)展。截至2010年年底，我國高速公路由“十五”期末的4.1萬km發(fā)展到7.4萬km，居世界第二，僅次于美國的10萬km。瀝青路面具有行車舒適、維修方便等優(yōu)勢(shì)，據(jù)統(tǒng)計(jì)，在我國已修筑的高速公路路面中絕大部分是瀝青路面。

然而，我們也清楚地認(rèn)識(shí)到，我國瀝青路面出現(xiàn)的早期破壞和耐久性差已成為一個(gè)突出問題，嚴(yán)重影響了我國公路健康發(fā)展。和其他國家相比，我國高速公路瀝青路面的實(shí)際使用壽命遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于設(shè)計(jì)年限，一般使用5年～8年或3年～4年后便出現(xiàn)顯著的破壞，嚴(yán)重影響了行車舒適性和安全性，不得不進(jìn)行大面積的維修。按照研究者的分類，瀝青路面的早期破壞類型主要包括由軟土地基持續(xù)沉降產(chǎn)生的路面(含橋頭)沉陷，由路基壓實(shí)不足導(dǎo)致的路面損壞，水損壞，車轍，泛油，表面松散，橫向開裂，平整度快速衰減等。適當(dāng)歸納高速公路瀝青路面早期破壞的原因[1]，主要存在的問題包括以下幾方面:

1)由軟基處理不當(dāng)、路基碾壓不足、路基填土不符合設(shè)計(jì)要求等路基承載力不足的原因引起的路面損壞。

2)半剛性基層開裂引起的瀝青面層反射裂縫，以及由此產(chǎn)生的土基弱化、路面唧泥及碎裂等病害。

3)瀝青面層材料選擇或設(shè)計(jì)不當(dāng)引起的車轍、水損壞、低溫開裂、泛油、松散等病害。

4)路面各結(jié)構(gòu)層材料的生產(chǎn)質(zhì)量變異及攤鋪碾壓不均勻，在路面最薄弱環(huán)節(jié)發(fā)生的車轍、坑槽、泛油等病害。

路面的早期破壞，不僅對(duì)交通、社會(huì)造成了很大的影響，在經(jīng)濟(jì)上也造成了巨大的損失。運(yùn)輸車在這樣的路面行駛時(shí)不僅容易造成交通事故，而且燃油消耗率也大幅度增加，車輛行駛速度降低，從而造成運(yùn)輸成本的提高。針對(duì)以上存在的問題，提出以下施工質(zhì)量控制措施。

1 施工過程的質(zhì)量控制

瀝青混合料生產(chǎn)和路面施工是控制瀝青路面施工質(zhì)量的保證，其中瀝青混合料的生產(chǎn)控制主要是確保其生產(chǎn)成品[2-4]。

1.1 原材料的準(zhǔn)備

通過對(duì)國內(nèi)外瀝青路面的比較，發(fā)現(xiàn)我國在瀝青混合料施工質(zhì)量的控制方面存在著不足，主要是在原材料方面。在國外，特別是歐美國家，集料和瀝青混合料的施工在逐漸轉(zhuǎn)向商品化，這在提高施工的一致性和均勻性上對(duì)我們來說有相當(dāng)?shù)慕梃b意義，這也充分說明了集料和混合料在施工質(zhì)量控制上有其重要的意義。關(guān)于原材料的質(zhì)量控制，主要考慮以下幾個(gè)方面。

1.1.1 粗、細(xì)集料的選取

集料在瀝青混合料的組成中起到了支架作用，是瀝青混合料力學(xué)性能的主要來源，因此也是影響瀝青路面質(zhì)量的重要因素，主要可分為粗集料和細(xì)集料。粗集料是通過顆粒間的相互嵌擠作用和骨架間作用在混合料中起到提供結(jié)構(gòu)自身穩(wěn)定性和抵抗因外力而產(chǎn)生變形的作用。粗集料通常要求采用石質(zhì)堅(jiān)硬、清潔且形狀接近于立方體顆粒的碎石，選取時(shí)要注重強(qiáng)度、耐磨性和粘附性指標(biāo)，保證石料軟弱顆粒、針片狀顆粒的含量控制在合理的范圍之內(nèi)。細(xì)集料是通過增加顆粒間的嵌擠作用和減少集料間的空隙來增加瀝青混合料抗變形的整體穩(wěn)定性。選取細(xì)集料時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格控制砂當(dāng)量(或0.075含量)和粘附性等指標(biāo)。

選取集料時(shí)，還要考慮到集料的級(jí)配。通過對(duì)近年來我國諸多工程的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)總結(jié)得知，集料級(jí)配的變異性直接影響到混合料級(jí)配的組成，從而影響瀝青路面的質(zhì)量。仔細(xì)分析集料合成級(jí)配的變異性規(guī)律并選取合適的集料，對(duì)提高施工質(zhì)量有著至關(guān)重要的作用。為了減少集料的變異性，生產(chǎn)集料規(guī)格必須明確且集料分檔要均衡、清晰，即每種集料間交叉顆粒要少，顆粒粒徑要逐漸變化，控制篩孔均勻分布。在生產(chǎn)集料時(shí)，建議按表1選用集料規(guī)格。

表1 瀝青面層用集料規(guī)格選用表

1.1.2 粗、細(xì)集料潔凈質(zhì)量控制

瀝青路面所用的集料要求是干燥、潔凈的。粗集料的潔凈質(zhì)量控制一般采用0.075 mm通過率指標(biāo)，而細(xì)集料則采用砂當(dāng)量或亞甲藍(lán)指標(biāo)，同時(shí)控制合成級(jí)配的0.075 mm通過率。通過對(duì)工程使用材料的大量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和研究，為了減小集料含泥量，應(yīng)嚴(yán)格控制塊石的潔凈程度，控制喂料口的土石分離，喂料口的過濾網(wǎng)必須要保持暢通;使用水洗法加工碎石時(shí)，必須增加水沖洗量、水壓和次數(shù);生產(chǎn)集料的破碎機(jī)必須配備除塵設(shè)備，并且在集料生產(chǎn)過程中，要確保除塵設(shè)備處于工作狀態(tài)。此外，要加強(qiáng)排水設(shè)施建設(shè)，必須要設(shè)置污水沉淀池，細(xì)集料宜采取覆蓋措施，避免在加工料場(chǎng)內(nèi)的集料受到粉塵的污染。集料場(chǎng)地要硬化，這樣可以避免鏟車在裝料時(shí)，將軟層泥土混入集料料堆中。

1.1.3 集料的堆放、存儲(chǔ)及處理

進(jìn)場(chǎng)的原材料必須經(jīng)過嚴(yán)格的驗(yàn)收，由專人負(fù)責(zé)按批或按量進(jìn)行抽查，每天作好檢查記錄。集料應(yīng)堆放在堅(jiān)硬、清潔的場(chǎng)地上，不同材料必須要嚴(yán)格分開存放，堅(jiān)決不能混雜，并保持進(jìn)出場(chǎng)道路的暢通。堆放的場(chǎng)地要避免雨天場(chǎng)地泥濘、泥土帶入集料中。此外，還應(yīng)從以下幾個(gè)方面控制:

1)注意集料堆放中的離析問題;2)礦粉存儲(chǔ)時(shí)要防止受潮和結(jié)塊;3)各種集料都應(yīng)分別搭篷保護(hù)，防止細(xì)集料遭雨淋和潮濕。

1.2 瀝青混合料生產(chǎn)控制

1.2.1 配合比設(shè)計(jì)控制

瀝青混合料的配合比是決定混合料品質(zhì)和性能的關(guān)鍵因素，這也在很大程度上決定了瀝青路面的高溫穩(wěn)定性、低溫抗裂性、水穩(wěn)性及耐久性，從而直接影響到整個(gè)施工路段的使用質(zhì)量。首先根據(jù)當(dāng)?shù)氐慕煌?、工程所在區(qū)域的地理環(huán)境、氣候條件、原材料等使用馬歇爾試驗(yàn)方法制定一個(gè)“工程級(jí)配范圍”來指導(dǎo)施工單位進(jìn)行生產(chǎn)的級(jí)配。目前很多瀝青路面建設(shè)是采用第三方進(jìn)行質(zhì)量監(jiān)控，由第三方根據(jù)實(shí)際材料進(jìn)行配合比優(yōu)化設(shè)計(jì)。進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)時(shí)，要注意目標(biāo)、生產(chǎn)配合比實(shí)際級(jí)配曲線為S形，且均應(yīng)在級(jí)配范圍內(nèi)，各性能指標(biāo)要滿足要求。確定瀝青混合料最佳瀝青用量時(shí)，應(yīng)考慮空隙率指標(biāo)。選定的最佳瀝青用量應(yīng)使試件空隙率在3.5%～4.0%之間。室內(nèi)試件空隙率過高，將使實(shí)際路段的空隙率過高，降低瀝青路面的耐久性。在瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)時(shí)，還應(yīng)采用正確的密度指標(biāo)，粗集料應(yīng)采用毛體積相對(duì)密度，試件密度測(cè)試應(yīng)采用表干法。

根據(jù)不同的地形、氣候特征和交通量條件，配合比設(shè)計(jì)時(shí)要作適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，在配合比設(shè)計(jì)時(shí)可以采用以下方法[5，6]:

1)對(duì)所修建的整段高速公路進(jìn)行高溫、重載和長大縱坡路段的界定，對(duì)于這些特殊路段進(jìn)行重點(diǎn)控制和專門設(shè)計(jì)。

對(duì)上坡路段按照重型貨車超載50%以下的車速模擬，車速低于40 km/h、長度大于1 km的路段劃分為長大縱坡路段。對(duì)于下坡路段，則采用圖1模型。模擬某一典型貨車在高速公路不同路段的車速，目標(biāo)車速為80 km/h，極限車速為100 km/h，當(dāng)車速達(dá)到100 km/h時(shí)，則車速自動(dòng)下降到80 km/h(模擬剎車的車速降低)，如果該路段能夠連續(xù)出現(xiàn)多個(gè)鋸齒圖形，說明在該路段需要經(jīng)過多次剎車才能使得貨車速度不至于達(dá)到極限而出現(xiàn)失控，鋸齒越多或者鋸齒間隔越小則這種制動(dòng)距離越小，車輛制動(dòng)越頻繁，這些路段由于車輛不停制動(dòng)，產(chǎn)生病害的可能性會(huì)急劇增加，由此劃分為長大下坡路段。

圖1 模擬車輛在不同縱坡上剎車的車速變化

2)對(duì)于超載、重載、高溫或長大縱坡路段，要提高瀝青膠結(jié)料的性能。

根據(jù)許多調(diào)查發(fā)現(xiàn)很多地方的高速公路瀝青路面不僅表面層產(chǎn)生了車轍，中面層的車轍也非常嚴(yán)重，通過仔細(xì)的分析發(fā)現(xiàn)最大剪應(yīng)變出現(xiàn)在中面層，而且車轍預(yù)估表明中面層是發(fā)生車轍最嚴(yán)重的層位，因此提高中面層，特別是提高重載、長大縱坡路段中面層的抗車轍性能非常重要。提高瀝青混合料抗車轍性能的有效方法就是提高膠結(jié)料的性能。

表2 不同瀝青膠結(jié)料的AC-20車轍試驗(yàn)

表3 不同瀝青膠結(jié)料的AC-20APA試驗(yàn)變形量(65℃)mm

由表2，表3實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，不同瀝青的膠結(jié)料其抗車轍性能有著較大的差距。高溫炎熱、重載、超載的長大坡路段的各層膠結(jié)料宜按以下原則選擇:

a.表面層，建議采用SBS改性瀝青，同時(shí)適當(dāng)增加其粘度，降低針入度。

b.中面層，可根據(jù)情況選擇采用SBS改性瀝青等。中、輕交通的長大坡路段可選擇50號(hào)(或30號(hào))瀝青;而重交通的長大坡路段宜選擇SBS改性或抗車轍劑改性瀝青;對(duì)于特重交通的長大縱坡路段的中面層可選擇復(fù)合改性等技術(shù)。

c.下面層或ATB-25柔性基層可選擇50號(hào)(或30號(hào))瀝青。

3)合理設(shè)計(jì)空隙率，選用合適的瀝青用量。

不同的瀝青含量，對(duì)混合料的抗車轍性也有著較大的影響，如表4所示。

表4 降低瀝青用量0.3%對(duì)不同瀝青膠結(jié)料的瀝青混合料性能影響

通過室內(nèi)外的試驗(yàn)表明，適當(dāng)減少油石比，各種膠結(jié)料的混合料動(dòng)穩(wěn)定度都有明顯提高，一般增加25%～61%;同時(shí)相應(yīng)變形量則顯著降低，一般降低20%～43%，這說明，適當(dāng)降低油石比有利于提高其高溫抗車轍性能。但是降低油石比后對(duì)室內(nèi)試驗(yàn)的條件或現(xiàn)場(chǎng)施工的工藝應(yīng)作適當(dāng)調(diào)整，否則某些指標(biāo)將達(dá)不到要求。

1.2.2 拌合樓的選用

拌合樓必須具備全過程自動(dòng)控制，能夠分析數(shù)據(jù)、核定生產(chǎn)量、能夠進(jìn)行成本和質(zhì)量分析，最好具備匹配的二級(jí)除塵裝置。瀝青拌合樓計(jì)量裝置在使用之前，必須進(jìn)行標(biāo)定，以保證瀝青混合料集料級(jí)配的準(zhǔn)確性。瀝青拌合樓熱倉篩板要經(jīng)常檢查。主要檢查篩板是否斷裂、篩孔是否有破損及細(xì)集料糊網(wǎng)現(xiàn)象，這些現(xiàn)象都會(huì)導(dǎo)致瀝青混合料級(jí)配出現(xiàn)異常變化。

選好了拌和機(jī)，再優(yōu)選瀝青加熱設(shè)備，礦粉的外加劑添加設(shè)備及裝載機(jī)等附屬設(shè)備，從它們的性能和供需能力確保與拌和機(jī)配套，以滿足拌和機(jī)生產(chǎn)要求為準(zhǔn)。要保證冷熱料供應(yīng)平衡，拌合樓不待料、溢料少，就要處理好冷料轉(zhuǎn)速與流量關(guān)系、篩網(wǎng)孔徑選擇、熱料倉供料比例確定等方面。

1.3 溫度的控制

瀝青路面在施工過程中，施工溫度的嚴(yán)格控制是保證施工質(zhì)量的一個(gè)關(guān)鍵因素，瀝青路面施工溫度包括瀝青混合料出場(chǎng)溫度、到場(chǎng)溫度、攤鋪溫度、碾壓溫度等具體參數(shù)。過高的施工溫度將會(huì)引起瀝青的過度老化與揮發(fā)，使瀝青變質(zhì)，同時(shí)可能產(chǎn)生瀝青膠泥從石料表面析漏，這些都會(huì)直接危害瀝青路面的品質(zhì)與性能。湖北漢宜高速公路瀝青加鋪層工程指揮部曾介紹了溫度離析對(duì)混合料壓實(shí)度的影響，介紹了溫度離析對(duì)路面結(jié)構(gòu)層不同部位壓實(shí)變異和計(jì)算空隙率的變異，其結(jié)果如表5所示。

表5 溫度對(duì)壓實(shí)后空隙率的影響

由表5數(shù)據(jù)所知，溫度對(duì)混合料的壓實(shí)度有著舉足輕重的影響，合理地控制施工溫度顯得至關(guān)重要。另外，要盡量減少施工中的溫度損失，保證整個(gè)過程的溫度在合理的變動(dòng)范圍內(nèi)。

1.4 路面施工質(zhì)量控制

1.4.1 混合料攤鋪時(shí)質(zhì)量控制

混合料攤鋪是保證瀝青路面平整度與厚度的關(guān)鍵工序，必須認(rèn)真做好。

1)混合料運(yùn)輸過程的質(zhì)量控制。在車輛安排上必須滿足運(yùn)力要求，車輛載重量應(yīng)大于15 t，運(yùn)料前打掃干凈車槽，并涂1∶3油水混合液，車槽側(cè)面打溫度檢查孔，備覆蓋成品混合料的油氈布。在混合料裝車時(shí)指揮駕駛?cè)藛T前后移動(dòng)車輛，分三堆裝料以減少混合料離析。在混合料攤鋪時(shí)，運(yùn)輸車要在離攤鋪機(jī)30 cm處停車，停車時(shí)不能撞擊攤鋪機(jī)。

2)攤鋪前的準(zhǔn)備。攤鋪時(shí)的質(zhì)量控制，從攤鋪機(jī)性能抓起。全套攤鋪設(shè)備盡量用相同品牌，型號(hào)盡量相同，新舊差別要小，現(xiàn)場(chǎng)工程技術(shù)人員要懂得攤鋪機(jī)的主要構(gòu)造并能作相應(yīng)的調(diào)整。設(shè)置適當(dāng)?shù)牧祥T高度，使得板條式傳送帶器能將充足的混合料運(yùn)輸至螺旋布料器，使螺旋布料器能在90%的時(shí)間內(nèi)保持運(yùn)轉(zhuǎn)，并使混合料高度不小于螺旋高度的50%，但小于螺旋高度的2/3。

3)混合料攤鋪時(shí)的質(zhì)量控制。選擇合適的料斗閥門開度，使其與供料速度恰當(dāng)配合，進(jìn)而達(dá)到刮板輸料器連續(xù)、均勻地供料。在預(yù)壓整平系統(tǒng)上，如振搗梁預(yù)先搗實(shí)、熨平裝置整面熨平，則密實(shí)度低;要利用攤鋪機(jī)自動(dòng)找平系統(tǒng)調(diào)平路拱;及時(shí)調(diào)整熨平板和拱度等結(jié)構(gòu)參數(shù)，確定松鋪系數(shù)，調(diào)整布料器高度、夯錘頻率及供料系統(tǒng)。攤鋪時(shí)恒定連續(xù)好，不能時(shí)停時(shí)開，防止混合料冷凝及產(chǎn)生臺(tái)階狀不平。在攤鋪機(jī)速度的選定上一般不得小于1.5 m/min，以保證碾壓溫度不致降至低于完成碾壓充分的時(shí)間。但是如攤鋪速度過快，則混合料疏度不均、預(yù)壓密度不一、表面出現(xiàn)拉鉤，直接造成預(yù)壓效果差，所以上面層最好小于3 m/min，中下面層小于4 m/min。為保證攤鋪混合料密度的均勻性，表6給出了攤鋪機(jī)設(shè)置各指標(biāo)的推薦值。

表6 夯錘行程及頻率調(diào)整推薦值

1.4.2 混合料碾壓時(shí)質(zhì)量控制

混合料碾壓是瀝青路面施工的最后一道工序，碾壓工序不僅可以將瀝青鋪層壓實(shí)到規(guī)定的密實(shí)度，同時(shí)也將通過碾壓工藝消除施工過程中的材料變異、攤鋪不均勻等現(xiàn)象。沒有充分的壓實(shí)，再好的結(jié)合料、集料與混合料都無法使路面具有所期望的力學(xué)強(qiáng)度與耐久性。影響壓實(shí)度的因素主要有碾壓工藝、碾壓溫度、環(huán)境條件等。不同結(jié)構(gòu)類型的瀝青混合料應(yīng)采取不同的碾壓工藝。

碾壓分為三種，分別為初壓、復(fù)壓和終壓。初壓要求整平、穩(wěn)定;復(fù)壓要求密實(shí)、穩(wěn)定、成型;終壓則要求消除輪跡。在實(shí)際施工過程中，根據(jù)攤鋪厚度、材料性能、環(huán)境條件等因素，確定機(jī)型搭配、碾壓順序、碾壓速度和碾壓流程的均勻性。應(yīng)根據(jù)碾壓實(shí)效確定碾壓流程和壓實(shí)工藝，推薦的碾壓流程與壓路機(jī)配置如表7所示。

表7 碾壓流程與壓路機(jī)配置

混合料碾壓時(shí)要掌握好碾壓時(shí)間，碾壓有效時(shí)間是從開始攤鋪到溫度下降到80℃之間的時(shí)間。混合料開始攤鋪后溫度下降最快，大約每分鐘4℃～5℃，所以在攤鋪開始后要緊跟攤鋪機(jī)作業(yè)，爭取有足夠的壓實(shí)時(shí)間。施工時(shí)，往碾壓輪上噴灑水時(shí)，要注意控制噴灑量，以防降低混合料溫度，要采用霧狀噴灑器。在混合料接縫處或冷熱搭接處，要采用橫縫橫壓。

2 結(jié)語

本文主要從原材料、配合比、混合料拌合時(shí)拌合樓的選定和溫度的設(shè)置、混合料的攤鋪和碾壓方面著手來提高施工質(zhì)量。然而，瀝青路面施工質(zhì)量控制是一個(gè)系統(tǒng)的過程，施工質(zhì)量受多種因素影響，合理控制道路施工時(shí)成本管理、安全管理、提高施工人員的管理意識(shí)和施工技術(shù)、建立合理的施工管理程序及管理制度，才能全面保證公路施工的質(zhì)量。

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